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International audience; Le niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN) sur des périodes courantes de 6 à 22 µm trouve actuellement de nombreuses applications en optique non linéaire (ONL). La micro-structuration à plus courte période, c'est-à-dire de 2,5 µm à 300 nm, permettrait de nouvelles fonctionnalités, non seulement en ONL mais aussi en électro-optique. Les problèmes technologiques posés par ce défi sont présentés, ainsi que quelques exemples d'applications.

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With rapid development of Lighting Emitting Diode (LED) market, LED performancesare now suitable for automotive high beam / low beam lighting applications. Due to the need of UltraHigh Brightness (UHB-LEDs), LEDs are packaged on high thermal conductivity materials to obtainmultichip module (4 chips in series), which deliver up to 1000 lumens at 1A. Currently, several LEDtechnologies are commercially offered for the same performances, and different packaging strategieshave been implemented in terms of chip configuration, bonding, down conversion phosphor layerand mechanical protection to optimize performances. This study addresses a dedicated methodologyfor reliability analysis, applied on two LED chip packaging technologies: On the one hand, a VerticalThin Film (VTF) technology; on the other hand a Thin Film Flip Chip (TFFC). Our methodology is basedon 3 main items: Packaging technology structure, materials analysis and electro-optical and thermal multichipmodels for both technologies to understand and extract the key parameters to monitor duringageing tests. Robustness assessment tests to define operating margins, adjust accelerated life-testingconditions, and identify failures signatures. Reliability study through a 6 000 hours High Temperature Operating Life (HTOL) acceleratedtests, to predict the Mean Time To Failure (MTTF) of these new light source technologiesregarding the automotive mission profile. Linked to failure analysis, convincing failuremechanisms are proposed.Based on these results, parametric variations are compared to failure analysis results topropose failure mechanisms. The HTOL tests reveal that both LED technologies have their specificreliability behavior and failure modes: catastrophic failure and gradual failure. Predictive lifetimeestimations (L70B50) of these multichip modules give a factor 6 between both technologies.Beyond these reliability results, the multichip architecture brings new issues for Solid StateLighting (SSL) sources in automotive, as well as partial failure or unbalanced behavior after stress.These new issues are discussed through the behavior modeling of a 10 LED modules batch for bothfailure modes. Modeling results demonstrate that the predictive lifetime of a LED multichiparchitecture is directly related with the LED technology failure mode., Les composants dédiés et actuellement disponibles pour le marché automobileprésentent une grande diversité technologique tant au niveau puce que stratégie de packaging ouencore architecture module (mono-puce ou multi-puce) pour des performances équivalentes. Cetteétude s’est attachée à développer une méthodologie d’évaluation de la fiabilité de deux filièrestechnologiques particulières de modules de LEDs multi-puce : l’une intègre une technologie verticale(VTF pour Vertical Thin Film) tandis que la seconde est focalisée sur une structure par puce montéeretournée(TFFC pour Thin Film Flip Chip). La méthodologie s’articule autour de trois principaux axes:· La connaissance des structures et le développement de modèles électro-optiques et thermiquesmulti-puce permettant d’extraire les paramètres clés à suivre au travers d’un panel varié detechniques d’analyse physique et non-destructives incluant les aspects électriques, optiques,thermiques….· Une analyse comportementale de robustesse par paliers afin de dégager les margesopérationnelles de fonctionnement ainsi que les modes et les signatures caractéristiques dedéfaillance.· Une étude de fiabilité conduite à partir de différents régimes de contraintes accélérées pourestimer les durées de vie moyennes de ces nouveaux composants en environnement automobileet l’impact au niveau système.Les résultats mettent en évidence une durée de vie très dépendante de la filière technologique(facteur 6 entre les deux filières étudiées). Les analyses de défaillance ont permis d’identifierprécisément les comportements de ces nouvelles sources d’éclairage pour dégager des indicateursprécoces de défaillance. Enfin, des préconisations ont été extraites afin de fiabiliser les futursprojecteurs à sources LEDs de puissance pour les applications en automobile.

Micro and nano structuring of materials constitutes a field of very promising research and development whose success will make it possible to carry out very important progress of photonic technology. From the material point of view, the use of dielectrics such as LiNbO3 or TiO2, which have specific properties different from those of the semiconductors, is likely to widen the performances of the photonic components to be developed. Moreover, the utilization of these materials in the form of thin layers makes it possible to release from limitations imposed by the bulk materials. In this work, we were interested in the realization of µ-structures 1D and 2D by using nanosecond laser ablation of lithium niobate thin layers and monocrystals as well as thin layers of TiO2. LiNbO3 thin films were deposited by RF magnetron sputtering technique on sapphire while TiO2 layers were carried out by using sol-gel method on glass substrates. Ablations were performed with a nanosecond KrF excimer laser (ATLEX 300 IF Model). The ablation of samples was carried out with a mask of 10 µm of diameter. The frequencies applied vary from 10 to 100 Hz and the fluences from 0.3 to 2.3 J/cm2. Structures were observed using optical microscopy functioning in Nomarski mode and analyzed using µ-Raman spectroscopy. We particularly studied the influence of the ablation parameters (number of pulsate, fluence and repetition rate) on the structure features. For example, 5x5 holes gratings were carried out with a constant number of pulse (5pulses) and various values of fluences (0.88 with 2.093J/cm2). Our results showed that the shape of holes and their depth strongly depend on the fluence used. The best results were obtained for high fluences. For the study of the effect of the number of pulse on the ablation process, we realized a 5x5 holes grating with a constant fluence 1.467J/cm2 and a variation of pulse number from 5 to 15. The average rate of ablation decreases with the increase of the pulse number. Note that, before these studies, we studied the optical properties of our thin films by using m-lines spectroscopy. Results showed that our films are monomodes and have optical losses of about 1 dB.cm-1. The final objective of this work is to optimize the experimental ablation process in order to obtain sub-micrometric structures for applications in the field the photonic., La structuration des matériaux à l'échelle micro et nano métrique constitue un domaine de recherche et développement très prometteur dont le succès permettra de réaliser le saut technologique tant attendu dans le domaine de la photonique. Du point de vue du matériau, l'utilisation des diélectriques de type LiNbO3 ou encore TiO2 qui possèdent des propriétés spécifiques qui différent de ceux des semi-conducteurs est de nature à élargir les performances des composants photoniques à mettre au point. De plus, l'utilisation de ces matériaux sous forme de couches minces permet de s'affranchir des contraintes et des limitations imposées par le cristal massif. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressées à l'étude de la structuration 1D et 2D par ablation laser nanoseconde dans des couches minces et monocristaux de niobate de lithium ainsi que des couches minces de TiO2. Les couches minces de LiNbO3 ont été déposées par pulvérisation cathodique rf magnétron sur saphir tandis que les couches de TiO2 ont été réalisées par voie sol-gel sur des substrats de verre. Les ablations ont été effectuées avec un laser nanoseconde de type KrF excimer (ATLEX 300 SI Model). L'ablation des échantillons a été effectuée avec un masque de 10 µm de diamètre, les fréquences appliquées varient de 10 à 100 Hz et les fluences de 0.3 à 2.3 J/cm2. Les structures ablatées ont été observées et analysées à l'aide de la microscopie optique fonctionnant en mode Nomarski et de la microscopie µ-Raman. Nous avons notamment étudié l'influence des paramètres d'ablation (nombre de pulses, fluence et fréquence de répétition) sur les caractéristiques des structures ablatées. A titre d'exemple, des réseaux de 5×5 trous ont été réalisés avec un nombre de pulse constant (5pulses) et différentes valeurs de fluences (0.88 à 2.093J/cm2). D'après les résultats obtenus, nous avons constaté que la forme des trous ainsi que leur profondeur dépendent fortement de la fluence utilisée. Les meilleurs résultats sont obtenus pour les fluences élevées. Pour l'étude de l'effet du nombre des pulses sur l'ablation des couches, nous avons procédé à la réalisation des réseaux de 5×5 trous avec une fluence constante 1.467J/cm2 et une variation du nombre de pulses de 5 à 15. Le taux moyen d'ablation décroît avec l'accroissement du nombre de pulses. Préalablement à ces études, nous avons étudié les propriétés optiques de nos couches minces en utilisant la spectroscopie des lignes noires. Les résultats ont montré que les couches sont monomodes et possèdent des pertes optiques de l'ordre de 1 dB.cm-1. L'objectif final de ce travail est d'optimiser le processus expérimental d'ablation afin d'obtenir des structures sub-micrométriques pour des applications dans le domaine la photonique.

The investigations of the nonlinear (NL) effects that appear in ferroelectric crystals are becoming more and deeper. At the present time, the NL optical crystals are more and more used for the development of new coherent sources of visible radiations, frequency conversion, beside the detection and several signals and images transformations. A very representative crystal of this material class is lithium niobate, LiNbO3 (LN), that since its appearance never stop to surprise with revealing more and more its properties. In this work, we show how Raman microprobe can be used for the characterisation of the ferroelectric domain microstructures in periodically poled lithium niobate (PPLN). The Raman intensity of transverse and longitudinal modes of optical phonons was recorded across the stripe ferroelectric domains at the surface of a z-cut congruent PPLN sample. The change of integrated intensity was attributed to the influence of mechanical stresses and partially screened depolarization fields. So, we show the importance of Raman spectroscopy and the real place that it takes as a characterisation technique. This open the way for numerous applications in this field of studies., Depuis une quinzaine d'années, la mise en ?uvre par commutation électrique de structures ferroélectriques périodiquement polarisées (PP), à température ambiante, occupe une place importante parmi les techniques de fabrication de dispositifs pour la génération de la seconde harmonique et l'oscillation paramétrique optique. Il s'agit de mettre en ?uvre les effets non- linéaires (NL) qui apparaissent dans les cristaux ferroélectriques. Parmi ces différents matériaux, c'est le niobate de lithium LiNbO3 (LN) qui est le plus utilisé. Dans un premier temps, les efforts de recherche se sont concentrés sur la fabrication de ces structures et la mise au point de dispositifs de conversion. Ce n'est que récemment que des études ont été consacrées, plus spécifiquement, à la caractérisation de ces structures en domaines. Dans ce travail nous montrons comment la microsonde Raman peut être utilisée pour la caractérisation des microstructures de domaines ferroélectriques antiparallèles dans du niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN). L'intensité Raman de modes transverses et longitudinaux de phonons optiques a été enregistrée à travers les murs séparant les domaines ferroélectriques, à la fois, en surface et en volume. Les diverses contributions à la polarisabilité et à l'intensité diffusée Raman, linéaire et non linéaire, sont analysées afin de comprendre les variations du spectre Raman observées dans les différentes configurations et géométries des échantillons. Le changement des intensités intégrées à travers ces structures de domaines est attribué à l'influence des contraintes mécaniques et à un champ de charges d'espace surfacique.

The development of wavelength agnostic networks is currently an important driving force for developping low-cost achromatic sources. Utilizing an electro-absorption modulator integrated with a semi-conductor optical amplifier is an attractive solution. This enables high speed, high gain, achromacity, athermality and low polarization dependencie functionalities. The amplified modulator work in a reflective scheme and need only one fiber. The selective metal-organic vapor phase epitaxy is used in order to integrate monolithically the modulator and the amplifier. This technic allows a local and spatial variation of the thickness in the vicinity of a selective dielectric mask. The active layers defining the device consists of AlGaInAs multiple-quantum well based materials. The thickness and composition are choosen in order to obtain low polarisation depency and apply a positive wavelength detuning between amplifier and modulator. This last point enables an enhancement of the insertion gain possible since the gain peak of the amplifier is detuned in the modulation spectral range. Analysis and interpretation of the modulator reflective spectrum demonstrate the validity of the detuning approach. The dynamic performances measured at 10 Gb/s show negligible penalties on the received power on a large wavelength and temperature range. Our results clearly show the high potential of this device for optical passive access network, as well as higher speed applications., Le développement des réseaux d'accès multi-longueur d'onde à 10 Gb/s fait apparaître un besoin pour des composants achromatiques bas-coûts. L'utilisation d'un modulateur électro-absorbant intégré avec un amplificateur optique à semiconducteurs est une solution qui permet de répondre à la fois aux critères de débits, gain d'insertion, achromacité, athermalité et insensibilité à la polarisation. Le modulateur amplifié fonctionne dans un schéma réflectif et ne nécessite donc qu'une seule fibre optique.L'épitaxie sélective en phase vapeur est utilisée afin d'intégrer monolithiquement le modulateur et l'amplificateur. La technique permet une variation spatiale et locale des épaisseurs des couches épitaxiéees au voisinage d'un masque diélectrique sélectif. Lematériau définissant la zone active consiste en un empilement de puits quantiques à base de matériaux AlGaInAs. Les épaisseurs et les compositions définissant l'empilement sont déterminées afin d'obtenir l'insensibilité à la polarisation et d'appliquer un décalagespectral entre le modulateur et l'amplificateur. Ce dernier point optimise le gain d'insertion du composant intégré puisque la position spectrale du pic de gain est décalée dans la zone de modulation. L'analyse et l'interprétation des spectres en réflexion du modulateur amplifié démontrent l'intérêt de ce décalage spectral. Le comportement dynamique à haut débit montre des pénalités négligeables sur la puissance reçue en fonction de la longueur d'onde et de la température. Les résultats obtenus illustrent l'intérêt du composant pour les réseaux d'accès passifs mais aussi pour d'autres applications à plus haut débit.

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Les matériaux polymères, porteurs d'une charge combustible importante, sont utilisés de plus en plus massivement dans la plupart des secteurs d'activité. La limitation des conséquences dramatiques d'éventuels incendies les impliquant nécessite l'étude et le développement de solutions de retard au feu de plus en plus performantes. Cet article présente succinctement cette problématique, les composés utilisés pour améliorer la résistance au feu des polymères et les principaux modes d'action mis en jeu.

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GaN-based LEDs are currently used in a wide range of applications as solid-state lighting, backlighting or full-color displays. Up to date, polymer-based packaging degradation mechanisms are not fully understood. The purpose of this thesis is to work out a methodology of failure analysis contributing towards reliability estimation of GaN-based LEDs under active storage ageing tests. The methodology consists in extracting electro-optical failure signatures to locate degraded zones. A second step is based on physico-chemical analyses used to both confirm failure mechanisms and reduce the number of components to study. Environmental ageing tests (1500h/85°C/30mA)have been performed on low power InGaN/GaN MQW LEDs (2,5mW) through a project in collaboration with the French Space Agency (CNES). A 65% loss of optical power has been reported after ageing. Through the methodology, we have found out that optical loss is due to the molecular structure modification of silicone oil (i.e. chip coating) activated by photothermal mechanism thereby involving both a 69% fluorescence emission loss and a strong decrease of LED light absorption (90%). A similar failure mechanism has been reported on YAG:Ce/silicone oil mixture located in phosphor converted high power white InGaN/GaN MQW LEDs (CEA-LETI collaboration - Solid-State Lighting project). Fluorescence efficiency has increased (1,2% at 450 nm) despite both strong absorption (94%) and fluorescence emission (85%) losses. Actually, molecular structure modification of silicone oil has induced a 45% loss of optical power and a 3,6% yellow shift of white light. Such drift has been linked to both a 5nm blue shift of UV fluorescence involving a 2nm red shift of LED light., Ce mémoire s'inscrit dans la construction d'une méthodologie d'analyse de défaillance pour l'évaluation de la fiabilité de diodes électroluminescentes, par une approche basée sur l'analyse physique de dégradation et l'extraction de signatures électriques de défaillance et optiques pour localiser les zones dégradées. L'ajout d'analyses physico-chimiques réduit le nombre de composants et peut confirmer les mécanismes de dégradation induits par les vieillissements en stockage actif. Un projet, en collaboration avec le CNES, a permis la mise en évidence des zones sensibles de DELs à MPQ InGaN/GaN à faible puissance (30mW) soumises à un vieillissement en conditions opérationnelles (1500h/85°C/Inominal). L'analyse de défaillance de ces DELs a permis d'expliquer une perte de 65% de puissance optique par la modification de la structure moléculaire de l'huile silicone activée photothermiquement induisant une perte de fluorescence de 69% et une très forte diminution de l'absorption de la lumière de la DEL (90%). Nous avons également démontré (projet CEA-LETI - éclairage public) que le même mécanisme est présent dans le mélange gel silicone/phosphore YAG:Ce de DELs blanches à MPQ InGaN/GaN soumises à un vieillissement similaire (85°C/550mA/500h). A 450nm, le rendement de fluorescence a augmenté de 1,2% malgré des pertes en absorption (> 94%) et en réémission de fluorescence (> 85%). La modification de la structure moléculaire du gel a induit une perte de puissance optique des DELs de 45% et une dérive de la couleur blanche vers le jaune (≈ 3,6%). Cette dérive est due à un décalage spectral de la fluorescence de l'UV (5nm) vers le bleu entraînant un décalage vers le rouge (2nm) de la lumière de la DEL.